Erde-Sonne Entfernungsmessung neu definiert

Eine der unerschütterlichen Einheiten der Astronomie hat gerade eine Verjüngungskur bekommen. Die Internationale Astronomische Union, die Autorität für astronomische Konstanten, hat einstimmig beschlossen, die astronomische Einheit, die konventionelle Längeneinheit, die auf der Entfernung zwischen der Erde und der Sonne basiert, neu zu definieren.

"Die neue Definition ist viel einfacher als die alte", sagt Sergei Klioner von der Technischen Universität Dresden in Deutschland, einer aus einer Gruppe von Wissenschaftlern, die jahrzehntelang an der Veränderung gearbeitet haben, die letzten Monat während einer IAU-Sitzung in Kraft trat

Unter der neuen Definition, die astronomische Einheit (oder AU) - Die Messung, die für den Abstand zwischen Erde und Sonne verwendet wird - ist nicht mehr immer in Bewegung, abhängig von der Länge eines Tages und anderen sich ändernden Faktoren. Es ist jetzt eine feste Zahl: 149.597.870.700 Meter, was fast 92.956 Millionen Meilen entspricht.

Klioner erklärte, dass die einfachere Definition zum Beispiel für Wissenschaftler nützlich ist, die Ephemeriden formulieren - Tabellen, die die genaue Position von astronomischen Objekten im Himmel angeben. Sie nutzen die astronomische Einheit, um die Bewegung von Körpern im Sonnensystem zu berechnen. [Sonnensystem von innen nach außen erklärt (Infografik)]

"Die breitere Gemeinschaft der Astronomen kann jetzt besser und mit weniger Aufwand verstehen, was ihre Kollegen - Astronomen, die Experten für planetare Ephemeriden sind - tun und wie sie die hochgenauen Bewegungstheorien im Sonnensystem erzeugen", sagte er zu ProfoundSpace .org per E-Mail.

Die Überarbeitung erleichtert auch Ingenieuren, Softwaredesignern und Studenten das Verständnis, wie Klioner und seine Kollegin Nicole Capitaine vom Pariser Observatorium feststellten.

Gleichzeitig kann die Neudefinition einem Epitaph zu der vergangenen Ära dienen, als erdgebundene Wissenschaftler von Beobachtungswinkeln abhängig waren, um Himmelsdistanzen zu berechnen.

Eine etablierte Einheit

Mangels genauer Instrumentierung stützten sich frühe Astronomen stark auf Winkel, um die Größe des Universums zu berechnen. Der italienische Astronom Giovanni Cassini aus dem 17. Jahrhundert, der den Mars von zwei verschiedenen Punkten der Erde aus studierte, konnte mit Hilfe der Trigonometrie den Abstand von der Erde zur Sonne mit einem Fehler von nur etwa sechs Prozent berechnen.

"Durch die Angabe von Entfernungen in der astronomischen Einheit konnten Astronomen die Schwierigkeit überwinden, Distanzen in einer physikalischen Einheit zu messen", sagte Capitaine gegenüber ProfoundSpace.org per E-Mail. "Solch eine Übung war viele Jahre lang nützlich, weil Astronomen nicht in der Lage waren, Entfernungsmessungen im Sonnensystem so genau zu machen, wie sie Winkel messen konnten."

Moderne Instrumente können innerhalb von wenigen Metern genau Entfernungen von fast 150 Milliarden Metern (etwa 150 Millionen Kilometer) bestimmen.

Die astronomische Einheit wurde schließlich durch einen mathematischen Ausdruck definiert, der die Masse der Sonne, die Länge eines Tages und eine feste Zahl, die als Gaußsche Gravitationskonstante bekannt ist, einbezog. Da die Erde ihren Stern eher in einer Ellipse als in einem Kreis umkreist, verschiebt sich die Länge eines Tages im Laufe eines Jahres. Gleichzeitig wandelt die Sonne Masse in Energie um.

Im 20. Jahrhundert fügte der berühmte Wissenschaftler Albert Einstein der Mischung die allgemeine Relativität hinzu. Nach der berühmten Theorie ist Raum-Zeit relativ abhängig vom Bezugssystem.

Die neue feste Zahl ist die beste Schätzung des ursprünglichen Ausdrucks, sagte Klioner.

"Wenn wir uns dazu entschließen würden, mit der alten Definition fortzufahren, müssten wir einige zusätzliche Konventionen hinzufügen, um diese im Rahmen der allgemeinen Relativitätstheorie sinnvoll zu machen", erklärte er. "Ein besserer Weg war, die Definition komplett zu ändern - und das ist uns gelungen."

Capitaine sagte: "Die Änderung der Definition der astronomischen Einheit betrifft hauptsächlich diejenigen auf dem Gebiet der hochpräzisen Sonnensystemdynamik."

Satelliten und andere Kunstgegenstände, die im Weltraum reisen, sind davon nicht betroffen, da sie sich auf festgelegte Entfernungen verlassen.

"Die Entfernung zwischen der Erde und der Sonne, wie jede physische Entfernung, sollte gemessen werden und kann nicht durch irgendeine Art von Lösung festgelegt werden", sagte Klioner.

Die Zeiten ändern sich

Capitaine und Klioner gehören zu den Wissenschaftlern, die in den letzten zwei Jahrzehnten an einer Überarbeitung der astronomischen Einheit gearbeitet haben. Capitaine sagte, sie sei erstmals involviert, als sie 1994 eine Präsentation mit Bernard Guinot, ebenfalls vom Pariser Observatorium, hielt. Im Laufe von 10 Jahren diskutierten mehrere veröffentlichte Artikel von verschiedenen Wissenschaftlern die Auswirkungen der Änderung der tapferen Einheit. Die drei Wissenschaftler stellten das Thema der astronomischen Gemeinschaft zu verschiedenen Anlässen vor.

Andere Astronomen halfen, die Machbarkeit der Veränderung zu demonstrieren, bevor sie auf dem Tisch einer der Arbeitsgruppen der Internationalen Astronomischen Union landete. Die Resolution wurde mehrfach überarbeitet, bevor sie einstimmig angenommen wurde.

"Die Veränderung, wie wir sie jetzt haben, ist wirklich ein Produkt kollektiver Arbeit", sagte Klioner.

Er fügte hinzu: "Ich denke, dass die Energie, das Engagement und der weltweite wissenschaftliche Ruf von Nicole Capitaine entscheidend dafür waren, diese Veränderung durchzusetzen."

Der Wechsel von einem sich ständig ändernden Wert zu einer festen Zahl scheint eine leichte Wahl zu sein, aber die Gruppe stand einigen Widerständen gegenüber. Einige glaubten, dass die Überholung mit entscheidender Software zu schwierig umzusetzen sei, während andere befürchteten, dass Diskrepanzen in die bisherige Arbeit einfließen könnten. Wieder andere fühlten sich unbehaglich, eine solche historische Definition zu ändern. Schließlich wurden anscheinend alle Bedenken erfüllt.
"Innerhalb der letzten zwei Jahre habe ich keinen einzigen Einwand für die Änderung selbst gehört", sagte Klioner.

Anmerkung des Herausgebers: Diese Geschichte wurde korrigiert, um einen Einheitsfehler im zehnten Absatz zu korrigieren, der fälschlicherweise den Abstand Erde-Sonne von fast 150 Millionen Metern angibt.Es ist fast 150 Milliarden Meter.